FR2779180A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE INCLUDING A TURBOCHARGER AND PROCESS FOR OPERATING SUCH INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Ce moteur comporte un turbocompresseur (2), un compresseur (4) situé dans une tubulure d'admission (8) du moteur (1) et solidaire d'une turbine (3) disposée dans un tuyau d'échappement (9), un by-pass (6) contournant le compresseur (4) et qui peut être libéré par un organe de blocage (16) relié à une unité de commande (10), un by-pass (5) formant limiteur de la pression de suralimentation, qui contourne la turbine (3) et dans lequel est disposée une soupape commandable (15), et un dispositif (11) de mesure de la vitesse de rotation, associé au turbocompresseur et relié à l'unité de commande.Application notamment aux moteurs à essence de voitures de tourisme.This engine comprises a turbocharger (2), a compressor (4) located in an intake manifold (8) of the engine (1) and integral with a turbine (3) disposed in an exhaust pipe (9), a bypass (6) bypassing the compressor (4) and which can be released by a blocking member (16) connected to a control unit (10), a bypass (5) forming a boost pressure limiter, which bypasses the turbine (3) and in which is arranged a controllable valve (15), and a device (11) for measuring the speed of rotation, associated with the turbocharger and connected to the control unit. Application in particular to motors with gasoline of passenger cars.
Description
L'invention concerne un moteur à essence à combustion interne àThe invention relates to an internal combustion petrol engine with
suralimentation ainsi qu'un procédé pour faire fonctionner un moteur à essence à combustion interne comportant un turbocompresseur, dont le compresseur situé dans une tubulure d'admission du moteur à combustion interne est entraîné par une turbine qui est chargée par le courant de gaz d'échappement du moteur à combustion interne, selon lequel, dans une gamme de charge du moteur à combustion interne entre un fonctionnement à vide et une charge partielle, un by-pass du compresseur dans la tubulure d'admission est libéré par ouverture d'un organe de blocage, et selon lequel le courant d'air frais circule dans la tubulure d'admission en contournant le compresseur. La puissance délivrée par un moteur à essence à combustion interne est proportionnelle au débit d'air, qui est proportionnel à la densité de l'air de sorte que, comme cela est connu, la puissance peut être accrue, pour une même cylindrée et une même vitesse de rotation, au moyen d'une supercharging as well as a method for operating an internal combustion petrol engine comprising a turbocharger, the compressor of which located in an intake manifold of the internal combustion engine is driven by a turbine which is charged by the stream of gas exhaust of the internal combustion engine, according to which, in a load range of the internal combustion engine between a no-load operation and a partial load, a by-pass of the compressor in the intake manifold is released by opening a member blocking, and according to which the flow of fresh air circulates in the intake manifold bypassing the compressor. The power delivered by an internal combustion gasoline engine is proportional to the air flow, which is proportional to the density of the air so that, as is known, the power can be increased, for the same displacement and a same speed of rotation, by means of a
précompression de l'air avant son entrée dans le ou les cylindres, c'està- air precompression before entering the cylinder (s),
dire au moyen d'une suralimentation. La suralimentation peut s'effectuer au moyen d'un turbocompresseur à gaz d'échappement ou turbocompresseur, qui est constitué essentiellement par deux machines fluidiques reliées entre elles avec blocage en rotation. Une turbine est disposée dans un tuyau d'échappement du moteur à combustion interne et est entraînée par le courant des gaz d'échappement. La turbine entraîne, par l'intermédiaire de say by overeating. The supercharging can be carried out by means of an exhaust gas turbocharger or turbocharger, which consists essentially of two fluidic machines linked together with rotation lock. A turbine is placed in an exhaust pipe of the internal combustion engine and is driven by the flow of exhaust gases. The turbine drives, through
la liaison avec blocage en rotation d'un arbre du dispositif de sur- the connection with rotation blocking of a shaft of the overload device
alimentation, le compresseur qui produit une charge de suralimentation supply, the compressor that produces a boost charge
dans la tubulure d'admission aboutissant au moteur à combustion interne. in the intake manifold leading to the internal combustion engine.
Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne, le débit massique d'air d'aspiration requis pour le point de fonctionnement When the internal combustion engine is running, the mass flow of suction air required for the operating point
respectivement présent est réglé par des organes d'étranglement prévus. respectively present is regulated by planned throttling bodies.
Dans le cas d'une suralimentation du moteur à essence à combustion interne dans la gamme des faibles charges partielles, il se présente cependant l'inconvénient consistant en ce que le compresseur doit travailler à l'encontre de la résistance d'écoulement de l'organe d'étranglement. Le mouvement de rotation de la turbine est gêné de sorte que le courant des gaz d'échappement s'accumule en avant de la turbine. Les pistons du moteur à combustion interne doivent par conséquent, pendant la cadence d'échappement lors du processus de changement de charge, refouler les However, in the case of an internal combustion gasoline engine supercharging in the low partial load range, the disadvantage is that the compressor must work against the flow resistance of the throttling organ. The rotational movement of the turbine is impeded so that the flow of exhaust gases accumulates in front of the turbine. The pistons of the internal combustion engine must therefore, during the exhaust rate during the load change process, repress the
gaz d'échappement à l'encontre de la contre-pression des gaz d'échap- exhaust gas against exhaust gas back pressure
pement qui est accrue par accumulation, de sorte que le rendement du moteur à combustion interne s'en trouve réduit. Pour réduire la pression antagoniste des gaz d'échappement, il est connu de libérer ou d'ouvrir un by-pass (limiteur de la pression de suralimentation), qui contourne la turbine, du tuyau d'échappement. Lorsque le limiteur de la pression de suralimentation est ouvert, les gaz d'échappement contournent la turbine et traversent le tuyau d'échappement, ce qui permet de réduire rapidement la vitesse de rotation du dispositif de suralimentation sur la base de la pression de suralimentation qui réagit sur le compresseur. Dans le cas d'un accroissement de la charge, la pression nécessaire de suralimentation doit être produite et à cet effet le turbocompresseur doit être à nouveau accéléré. Le temps de réponse du turbocompresseur jusqu'à l'accélération aux vitesses de rotation requises avec la puissance correspondante du compresseur est cependant très long de sorte que le moteur à essence à which is increased by accumulation, so that the efficiency of the internal combustion engine is reduced. To reduce the opposing pressure of the exhaust gases, it is known to release or open a bypass (boost pressure limiter), which bypasses the turbine, of the exhaust pipe. When the boost pressure limiter is open, the exhaust gas bypasses the turbine and passes through the exhaust pipe, which makes it possible to quickly reduce the speed of rotation of the boost device based on the boost pressure which reacts on the compressor. In the event of an increase in the charge, the necessary boost pressure must be produced and for this purpose the turbocharger must be accelerated again. However, the response time of the turbocharger to acceleration to the required rotational speeds with the corresponding power of the compressor is very long, so that the petrol engine
combustion interne réagit avec inertie à une brusque demande de charge. internal combustion reacts with inertia to a sudden load request.
Pour améliorer le comportement de réponse du turbo- To improve the response behavior of the turbo-
compresseur, le brevet US 4 774 812 propose un dispositif, dans lequel la tubulure d'admission comporte un by-pass qui contourne le compresseur et qui doit être libéré lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans la gamme des charges partielles inférieures. Dans le dispositif connu, des clapets d'étranglement respectifs sont disposés aussi bien dans le by-pass du compresseur que dans la dérivation de la tubulure d'admission, dans laquelle est disposé le compresseur lui-même, ces clapets d'étranglement étant reliés respectivement à une unité de commande pour la réception d'instructions de réglage, par l'intermédiaire d'une ligne de commande. Les courants partiels de l'air aspirant, qui circulent dans les deux branches de canalisations parallèles, sont déterminés par des réglages, accordés l'un sur compressor, US Pat. No. 4,774,812 proposes a device in which the intake manifold comprises a bypass which bypasses the compressor and which must be released when the internal combustion engine is operating in the range of lower partial loads. In the known device, respective throttle valves are arranged both in the compressor bypass and in the bypass of the intake manifold, in which the compressor itself is disposed, these throttle valves being connected respectively to a control unit for receiving adjustment instructions, via a control line. The partial currents of the suction air, which circulate in the two branches of parallel pipes, are determined by adjustments, tuned one on
l'autre, de deux clapets d'étranglement. the other, two throttle valves.
En arrière de l'embouchure de la canalisation de by-pass du compresseur est disposé un troisième clapet d'étranglement, qui détermine le débit massique de l'air de combustion qui pénètre finalement dans le moteur à combustion interne. Les deux clapets d'étranglement situés dans les branches de canalisations parallèles, forment ensemble le by-pass du compresseur / branche de canalisation du compresseur, I'organe de réglage d'un système de régulation de pression de suralimentation, dont la grandeur pilote est déterminée par un capteur de la pression de suralimentation et Behind the mouth of the compressor bypass line is a third throttle valve, which determines the mass flow of the combustion air which finally enters the internal combustion engine. The two throttle valves located in the parallel pipe branches, together form the compressor bypass / compressor pipe branch, the regulating member of a boost pressure control system, the pilot size of which is determined by a boost pressure sensor and
est envoyée à l'unité de commande. Le capteur de la pression de sur- is sent to the control unit. The overpressure sensor
alimentation est disposé dans la tubulure d'admission en arrière du troisième clapet d'étranglement, qui influe sur le débit massique. En modifiant le courant partiel de l'air d'aspiration qui traverse le compresseur, supply is arranged in the intake manifold behind the third throttle valve, which influences the mass flow. By modifying the partial flow of the suction air passing through the compressor,
on peut modifier la pression de suralimentation. Le débit traversant le by- you can change the boost pressure. The flow through the by-
pass du compresseur doit être accru dans la gamme des charges partielles inférieures du moteur à essence à combustion interne connu, alors que dans le fonctionnement à pleine charge, le clapet d'étranglement situé dans le by-pass du compresseur est fermé de sorte que l'ensemble du courant d'air d'aspiration est délivré par le compresseur, c'est-à-dire avec une pression de suralimentation élevée. La turbine est entraînée de cette manière par le courant de gaz d'échappement également dans la gamme des charges partielles inférieures et entraîne le compresseur qui fonctionne à vide en raison du faible débit d'air. Pour une faible pression de suralimentation le turbocompresseur fonctionne par conséquent à vide, mais avec une vitesse de rotation accrue. De ce fait, dans le cas d'une brusque application d'une charge, seule une faible accélération à la vitesse de rotation requise est nécessaire, de sorte que le temps de réponse du compressor pass must be increased in the lower partial load range of the known internal combustion petrol engine, while in full load operation the throttle valve located in the compressor bypass is closed so that the The entire suction air stream is delivered by the compressor, that is to say with a high boost pressure. The turbine is thus driven by the exhaust gas stream also in the lower partial load range and drives the compressor which operates at no load due to the low air flow. For a low boost pressure, the turbocharger therefore operates with no load, but with an increased speed of rotation. Therefore, in the case of a sudden application of a load, only a slight acceleration to the required rotational speed is necessary, so that the response time of the
turbocompresseur est réduit.turbocharger is reduced.
La vitesse de rotation du turbocompresseur est déterminée à vide par le débit massique des gaz d'échappement. La vitesse de rotation élevée désirée de suralimentation dans la gamme des faibles charges partielles du moteur à combustion interne ne peut être maintenue que d'une manière peu compliquée, avec une dépense élevée du point de vue construction et technique de régulation pour la coordination des réglages des deux clapets d'étranglement. En outre lors du fonctionnement du moteur à essence à combustion interne connu des phénomènes de vieillissement de l'unité du dispositif de suralimentation se manifestent de plus en plus rapidement, ce qui est imputable à la présence fréquente de vitesses de rotation accrues du dispositif de suralimentation pendant la marche à vide, dans certains états The rotational speed of the turbocharger is determined when empty by the mass flow rate of the exhaust gases. The desired high speed of supercharging in the low partial load range of the internal combustion engine can only be maintained in an uncomplicated manner, with a high expense from the point of view of construction and control technique for the coordination of adjustments of the two throttle valves. In addition, during the operation of the known internal combustion petrol engine, aging phenomena of the unit of the supercharging device appear more and more rapidly, which is due to the frequent presence of increased rotational speeds of the supercharging device. during idling, in some states
de fonctionnement du moteur à combustion interne. of the internal combustion engine.
La présente invention a pour but de réaliser un moteur à combustion interne du type indiqué plus haut, qui permette un fonctionnement fiable du turbocompresseur avec une durée de vie élevée et ce pour un bon comportement de réponse à des accroissements de la charge et un rendement optimum du moteur à combustion interne, ainsi The object of the present invention is to provide an internal combustion engine of the type indicated above, which allows reliable operation of the turbocharger with a long service life and this for good response behavior to increases in load and optimum efficiency. of the internal combustion engine as well
qu'un procédé pour faire fonctionner un tel moteur à combustion interne. that a method for operating such an internal combustion engine.
Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un moteur à essence à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte - un turbocompresseur à gaz d'échappement, dont le compresseur est disposé dans une tubulure d'admission du moteur à combustion interne et est relié avec blocage en rotation à une turbine, qui est disposée dans un tuyau d'échappement du moteur à combustion interne, - un by-pass de la tubulure d'admission, qui contourne le compresseur et peut être libéré par un organe de blocage qui, pour la réception d'instructions de réglage en fonction de l'état de charge du This problem is solved in accordance with the invention using an internal combustion gasoline engine, characterized in that it comprises - an exhaust gas turbocharger, the compressor of which is arranged in an intake manifold of the internal combustion engine and is connected with rotation lock to a turbine, which is arranged in an exhaust pipe of the internal combustion engine, - a by-pass of the intake manifold, which bypasses the compressor and can be released by a blocking member which, for receiving adjustment instructions according to the state of charge of the
moteur à combustion interne, est relié à l'unité de commande par l'inter- internal combustion engine, is connected to the control unit via the
médiaire d'une ligne de commande, - un by-pass (limiteur de la pression de suralimentation) du tuyau d'échappement, qui contourne la turbine et dans lequel est disposé une soupape du limiteur de la pression de suralimentation, pouvant être commutée par l'unité de commande, et - un dispositif de mesure de la vitesse de rotation, qui est associé au turbocompresseur et dont la ligne de transmission du signal de mesure est reliée au côté entrée d'une unité de commande, une vitesse maximale de rotation de l'unité de suralimentation étant prédéterminée middle of a control line, - a by-pass (boost pressure limiter) of the exhaust pipe, which bypasses the turbine and in which is placed a valve of the boost pressure limiter, which can be switched by the control unit, and - a device for measuring the speed of rotation, which is associated with the turbocharger and the transmission line of the measurement signal of which is connected to the input side of a control unit, a maximum speed of rotation of the boost unit being predetermined
pour l'unité de commande en tant que valeur caractéristique pour l'ouver- for the control unit as a characteristic value for the opening
ture de la soupape du limiteur de pression de suralimentation dans le cas o boost valve pressure relief valve in case o
le by-pass du compresseur est ouvert. the compressor bypass is open.
Le problème est également résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé pour faire fonctionner un moteur à essence à combustion interne comportant un turbocompresseur, dont le compresseur situé dans une tubulure d'admission du moteur à combustion interne est entraîné par une turbine qui est chargée par le courant de gaz d'échappement du moteur à combustion interne, selon lequel, dans une gamme de charge du moteur à combustion interne entre un fonctionnement à vide et une charge partielle, un by-pass du compresseur dans la tubulure d'admission est libéré par ouverture d'un organe de blocage, et selon lequel le courant d'air frais circule dans la tubulure d'admission en contournant le The problem is also solved in accordance with the invention using a method for operating an internal combustion gasoline engine comprising a turbocharger, the compressor of which located in an intake manifold of the internal combustion engine is driven by a turbine which is charged by the flow of exhaust gas from the internal combustion engine, according to which, in a load range of the internal combustion engine between no-load operation and partial load, a bypass of the compressor in the intake manifold is released by opening a blocking member, and according to which the flow of fresh air circulates in the intake manifold bypassing the
compresseur, caractérisé en ce que dans le fonctionnement avec re- compressor, characterized in that in operation with re-
circulation d'air, lorsque le by-pass du compresseur est ouvert, la vitesse de rotation du dispositif de suralimentation est contrôlée et, lorsqu'une vitesse de rotation limite prédéterminée est atteinte, un bypass (limiteur de la air circulation, when the compressor bypass is open, the speed of the supercharging device is controlled and, when a predetermined limit speed is reached, a bypass (speed limiter
pression de suralimentation), qui contourne la turbine, est ouvert. boost pressure), which bypasses the turbine, is open.
Conformément à la présente invention, il est prévu de libérer le by-pass du compresseur dans la gamme des charges partielles inférieures, et à cet effet l'unité de commande règle l'organe de blocage du by-pass du compresseur en fonction de l'état de charge du moteur à combustion interne et, lors de la détermination d'une exigence supérieure de charge, envoie à l'organe de blocage une instruction de réglage pour la fermeture du by-pass du compresseur. Après le contournement du compresseur par le by-pass dans le fonctionnement à vide et son maintien en rotation par la In accordance with the present invention, provision is made to release the compressor bypass in the range of lower partial loads, and for this purpose the control unit adjusts the blocking member of the compressor bypass as a function of the state of charge of the internal combustion engine and, when determining a higher charge requirement, sends the blocking member an adjustment instruction for closing the compressor bypass. After bypassing the compressor by bypass in no-load operation and keeping it rotating by the
turbine chargée par les gaz d'échappement, une pression de sur- turbine charged by the exhaust gases, a sur-
alimentation peut être produite alors instantanément dans la tubulure d'admission, avec la vitesse de rotation déjà existante. Dans le feed can then be produced instantly in the intake manifold, with the already existing speed of rotation. In the
fonctionnement avec recirculation d'air, sous charge partielle, le com- operation with air recirculation, under partial load, the com-
presseur fonctionne par conséquent sans l'établissement d'une pression et le moteur à combustion interne aspire l'air frais nécessaire, par le by-pass du compresseur. Au turbocompresseur est associé un dispositif de mesure de la vitesse de rotation, dont la ligne de transmission du signal de mesure est reliée au côté entrée de l'unité de commande. Dans le fonctionnement avec recirculation d'air, I'unité de commande contrôle la vitesse de rotation du rotor du dispositif de suralimentation, qui est déterminée dans le fonctionnement à vide essentiellement par le débit massique des gaz d'échappement, qui agit sur la turbine. Une vitesse de rotation maximale du dispositif de suralimentation est prédéterminée pour l'unité de commande, et ce sous la forme d'une valeur caractéristique, lors du dépassement de laquelle un by-pass (limiteur de la pression de suralimentation), qui contourne la turbine, du tuyau d'échappement est libéré. Si lors du fonctionnement avec recirculation d'air et alors que le by-pass du presser therefore operates without the establishment of a pressure and the internal combustion engine draws the necessary fresh air, by the compressor bypass. Associated with the turbocharger is a device for measuring the speed of rotation, the transmission line of the measurement signal of which is connected to the input side of the control unit. In operation with air recirculation, the control unit controls the speed of rotation of the rotor of the supercharging device, which is determined in no-load operation essentially by the mass flow of the exhaust gases, which acts on the turbine. . A maximum speed of rotation of the supercharging device is predetermined for the control unit, and this in the form of a characteristic value, when exceeding a by-pass (boost pressure limiter), which bypasses the turbine, exhaust pipe is released. If during operation with air recirculation and the bypass of the
compresseur est ouvert, la vitesse de rotation du dispositif de sur- compressor is open, the speed of rotation of the booster
alimentation possède une valeur élevée en raison du débit d'air plus important du moteur à combustion interne et par conséquent en raison de la pression plus élevée des gaz d'échappement, lorsque la vitesse de rotation limite est atteinte la soupape du limiteur de la pression de supply has a high value due to the higher air flow of the internal combustion engine and therefore due to the higher exhaust gas pressure, when the limit speed is reached the pressure relief valve of
suralimentation s'ouvre et les gaz d'échappement contournent la turbine. supercharging opens and the exhaust gases bypass the turbine.
Ceci s'oppose de ce fait à une accélération supplémentaire du dispositif de suralimentation. Par conséquent des phénomènes d'usure du rotor du dispositif de suralimentation sont réduits et la rupture mécanique jusqu'alors possible de composants individuels du turbocompresseur sous l'effet de vitesses de rotation nettement excessives du dispositif de This therefore opposes an additional acceleration of the supercharging device. Consequently, wear phenomena of the rotor of the supercharging device are reduced and the mechanical failure until then possible of individual components of the turbocharger under the effect of clearly excessive rotational speeds of the
suralimentation est exclue.overeating is excluded.
L'organe de blocage de la tubulure d'admission est avantageu- The blocking member of the intake manifold is advantageously
sement une soupape, qui peut être commutée entre une position, qui charge le compresseur, et une position qui libère le by-pass d'admission dans le fonctionnement avec recirculation d'air. La soupape de recirculation d'air, qui peut être commutée entre deux positions, garantit que lors du fonctionnement à vide, I'ensemble de la masse d'air d'aspiration traverse le by-pass du compresseur en direction du moteur à combustion interne. La branche de canalisation, qui comprend le compresseur, de la tubulure d'admission est bloquée dans le fonctionnement avec recirculation de sorte que le compresseur peut fonctionner sans résistance et que de ce fait le rendement du turbocompresseur et le rendement du moteur à essence à combustion interne sont accrus. La commutation de la soupape de recirculation d'air s'effectue en fonction de la charge de fonctionnement du moteur à combustion interne, qui détermine l'unité de commande à partir d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne. Comme paramètres de fonctionnement de ce type, on peut utiliser la vitesse de rotation du moteur, le couple moteur, I'instant d'allumage ou le a valve, which can be switched between a position, which charges the compressor, and a position which releases the intake bypass in operation with air recirculation. The air recirculation valve, which can be switched between two positions, ensures that during idle operation, the entire mass of suction air passes through the compressor bypass in the direction of the internal combustion engine. . The line branch, which includes the compressor, of the intake manifold is blocked in recirculation operation so that the compressor can operate without resistance and therefore the efficiency of the turbocharger and the efficiency of the gasoline combustion engine internal are increased. The switching of the air recirculation valve takes place according to the operating load of the internal combustion engine, which determines the control unit from at least one operating parameter of the internal combustion engine. As operating parameters of this type, it is possible to use the engine speed, the engine torque, the instant of ignition or the
réglage d'un organe d'étranglement agissant sur le courant d'air frais. adjustment of a throttling member acting on the flow of fresh air.
Si la soupape du limiteur de la pression de suralimentation est réglable par rapport à la section transversale de passage, on peut influer, au moyen d'un réglage correspondant du débit massique des gaz d'échappement au moyen du limiteur de la pression de suralimentation, sur If the boost pressure relief valve is adjustable with respect to the cross-sectional area, the exhaust gas mass flow rate can be adjusted by means of a boost pressure relief valve, sure
la vitesse de rotation du dispositif de suralimentation. the speed of rotation of the supercharging device.
Dans une variante de réalisation de l'invention il est prévu de régler la pression de suralimentation en aval du compresseur, dans le fonctionnement avec suralimentation avec le by-pass du compresseur fermé et pour des charges accrues de fonctionnement du moteur à combustion In an alternative embodiment of the invention, provision is made for adjusting the boost pressure downstream of the compressor, in operation with boost with the compressor by-pass closed and for increased operating loads of the combustion engine.
interne, par réglage du débit du limiteur de la pression de suralimentation. internal, by adjusting the flow rate of the boost pressure limiter.
L'unité de commande comprend un régulateur de la pression de suralimentation du moteur à combustion interne, la soupape du limiteur de la pression de suralimentation formant l'organe de réglage du système de régulation de la pression de suralimentation. Le réglage d'une pression de suralimentation prédéterminée d'une manière spécifique au point de fonctionnement s'effectue au moyen de dispositions de régulation au niveau de la section transversale de passage de la soupape du limiteur de la pression de suralimentation et au niveau de l'évacuation, qui y est liée, d'un courant partiel déterminé de gaz d'échappement dans le limiteur de la The control unit includes a boost pressure regulator of the internal combustion engine, the boost pressure relief valve forming the regulator of the boost pressure control system. The setting of a predetermined boost pressure in a specific manner at the operating point is effected by means of regulating provisions at the cross section of the passage of the boost pressure relief valve and at the level of the evacuation, which is linked to it, of a determined partial current of exhaust gas in the limiter of the
pression de suralimentation.boost pressure.
Dans le fonctionnement dynamique, dans le cas d'un saut de charge lors d'un accroissement de la charge de fonctionnement du moteur à In dynamic operation, in the case of a load jump when the engine operating load is increased to
combustion interne, la soupape du limiteur de la pression de sur- internal combustion, the surge pressure relief valve
alimentation et la soupape de circulation d'air sont amenées dans la position fermée de sorte qu'on peut disposer de la pression de suralimentation nécessaire. Dans le cas d'une commutation, conditionnée par un accroissement de la charge, depuis le fonctionnement avec recirculation d'air au fonctionnement avec suralimentation, I'unité de commande ferme tout d'abord la soupape de recirculation d'air et active immédiatement ensuite le système de régulation de la pression de suralimentation, dans lequel la soupape du limiteur de la pression de suralimentation est commandée. L'activation de la régulation de la pression de suralimentation s'effectue en fonction de la vitesse de rotation du dispositif de suralimentation. L'invention convient également pour améliorer le comportement de fonctionnement de moteurs à essence à combustion interne, dans lesquels le courant d'air d'aspiration est réglé non pas par un clapet d'étranglement, mais par un dispositif d'entraînement des soupapes de changement de charge, dont le temps d'ouverture et/ou la section transversale de passage peut être commandé de façon variable. Dans le cas de commandes variables de soupapes, qui travaillent par exemple selon le principe du circuit oscillant à ressort et masse, on peut par conséquent réduire également la charge, à partir de vitesses de rotation assez élevées du moteur à combustion interne jusque dans la gamme des faibles charges partielles, étant donné qu'une réduction immédiate de la pression de suralimentation s'effectue à travers l'ouverture de la soupape de recirculation d'air. Pour une régulation de la charge dans le cas d'une charge partielle, un niveau de pression uniforme sans pression de suralimentation peut être réglé en fonction de la section transversale des soupapes d'admission, qui est déterminée par la durée d'ouverture et/ou la supply and the air circulation valve are brought to the closed position so that the necessary boost pressure is available. In the case of switching, conditioned by an increase in the load, from operation with air recirculation to operation with boost, the control unit first of all closes the air recirculation valve and immediately activates the boost pressure control system, in which the boost pressure relief valve is controlled. The activation of the boost pressure regulation takes place according to the speed of rotation of the boost device. The invention is also suitable for improving the operating behavior of internal combustion petrol engines, in which the suction air flow is regulated not by a throttle valve, but by a device for driving the relief valves. load change, the opening time and / or cross section of which can be controlled variably. In the case of variable valve controls, which work for example according to the principle of the oscillating circuit with spring and mass, the load can therefore also be reduced, from fairly high rotational speeds of the internal combustion engine up to the range low partial loads, since an immediate reduction in boost pressure occurs through the opening of the air recirculation valve. For load regulation in the case of a partial load, a uniform pressure level without boost pressure can be adjusted depending on the cross section of the intake valves, which is determined by the opening time and / where the
course de la soupape.valve stroke.
On va expliquer ci-après de façon plus détaillée un exemple de We will explain below in more detail an example of
réalisation de l'invention en référence au dessin. realization of the invention with reference to the drawing.
La figure unique des dessins représente un moteur à essence à combustion interne 1 comportant un turbocompresseur 2, dont le compresseur 4 est disposé dans une tubulure d'admission 8 du moteur à combustion interne et est relié avec blocage en rotation à une turbine 3 au moyen d'un arbre 7 du dispositif de suralimentation. La turbine 3 est disposée dans un tuyau d'échappement 9 du moteur à combustion interne et est par conséquent chargée par le courant des gaz d'échappement lorsque le moteur à combustion interne fonctionne. La pression des gaz d'échappement, qui agit sur la turbine 3, est transmise par l'intermédiaire de la liaison rigide de l'arbre 7 du dispositif de suralimentation au compresseur 4 qui, en étant entraîné en rotation par la turbine 3, comprime de l'air frais dans la tubulure d'admission 8 et suralimente le moteur à combustion interne 1. La tubulure d'admission 8 possède un by-pass 6, qui contourne le compresseur 4 et qui peut être libéré par une soupape de recirculation d'air 16. La soupape de circulation d'air 16 peut être commutée entre deux positions et détermine si le courant d'air d'aspiration 17 doit circuler dans le fonctionnement avec recirculation d'air du moteur à combustion interne dans la gamme des charges partielles inférieures en passant dans le by- pass 6 ou bien dans le fonctionnement avec suralimentation en passant dans le compresseur 4. Le tuyau d'échappement 9 du moteur à combustion interne possède un by-pass 5 de limiteur de la pression de suralimentation, au moyen duquel le courant des gaz d'échappement peut être dirigé vers la sortie en contournant la turbine 3. Si on ouvre une soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation, qui commande le by-pass 5 du limiteur de la pression de suralimentation, la pression des gaz d'échappement sur la turbine 3 et par conséquent The single figure of the drawings represents an internal combustion gasoline engine 1 comprising a turbocharger 2, the compressor 4 of which is disposed in an intake manifold 8 of the internal combustion engine and is connected with rotation lock to a turbine 3 by means a shaft 7 of the supercharging device. The turbine 3 is placed in an exhaust pipe 9 of the internal combustion engine and is therefore charged by the flow of exhaust gases when the internal combustion engine is running. The exhaust gas pressure, which acts on the turbine 3, is transmitted via the rigid connection of the shaft 7 of the supercharging device to the compressor 4 which, by being driven in rotation by the turbine 3, compresses fresh air in the intake manifold 8 and supercharges the internal combustion engine 1. The intake manifold 8 has a bypass 6, which bypasses the compressor 4 and which can be released by a recirculation valve d air 16. The air circulation valve 16 can be switched between two positions and determines whether the suction air current 17 must circulate in the operation with air recirculation of the internal combustion engine in the range of loads lower part passing through bypass 6 or in operation with supercharging passing through compressor 4. The exhaust pipe 9 of the internal combustion engine has a bypass 5 of supercharging pressure limiter ation, by means of which the exhaust gas flow can be directed towards the outlet bypassing the turbine 3. If a valve 15 of the boost pressure relief valve is opened, which controls the bypass 5 of the pressure relief valve boost, the exhaust gas pressure on the turbine 3 and therefore
l'entraînement du turbocompresseur sont réduits. the turbocharger drive are reduced.
La soupape de recirculation d'air 16 et la soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation sont commandées par une unité de commande électronique 10. Un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur à compression interne sont envoyés à l'unité de commande 10 pour déterminer, à partir de là, la charge de fonctionnement du moteur à combustion interne 1. Dans l'exemple de réalisation représenté, pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, la vitesse de rotation n du moteur, le couple moteur Md, I'instant d'allumage ZZP ainsi que le réglage d'un organe d'étranglement agissant sur le courant d'air frais 17 sont fixés et introduits dans l'unité de commande 10. Si on utilise comme organe d'étranglement un clapet d'étranglement situé dans la tubulure d'admission 8 du moteur à combustion interne, I'angle instantané du clapet d'étranglement est introduit en tant que valeur caractéristique aD de ce paramètre de fonctionnement, dans l'unité de commande 10. Dans le cas de moteurs à essence à combustion interne, dont le débit massique d'air d'aspiration est réglé au moyen d'un dispositif de commande des soupapes de changement de charge, dont la durée d'ouverture et/ou la section transversale de passage sont réglables d'une manière variable, la position instantanée des barrettes de commande des soupapes de l'unité de commande des soupapes est introduite en tant que valeur caractéristique aD dans l'unité de commande 10. L'unité de commande 10 a accès à un champ de caractéristiques du moteur, dans lequel sont mémorisées des valeurs caractéristiques des paramètres de fonctionnement et la charge de fonctionnement associée. Le champ de caractéristique du moteur comprend d'autres données concernant les temps de commande, qui dépendent de The air recirculation valve 16 and the boost pressure relief valve 15 are controlled by an electronic control unit 10. One or more operating parameters of the internal compression engine are sent to the control unit 10 to determine, from there, the operating load of the internal combustion engine 1. In the embodiment shown, during the operation of the internal combustion engine, the rotation speed n of the engine, the engine torque Md, I ' instant of ignition ZZP as well as the setting of a throttle member acting on the fresh air stream 17 are fixed and introduced into the control unit 10. If a throttle valve is used as the throttle member located in the intake manifold 8 of the internal combustion engine, the instantaneous angle of the throttle valve is introduced as a characteristic value aD of this operating parameter, into the unit 10. In the case of internal combustion petrol engines, the mass air flow of the intake air is regulated by means of a control device for the load change valves, the opening time and / or the passage cross-section are adjustable in a variable way, the instantaneous position of the valve control strips of the valve control unit is entered as a characteristic value aD in the control unit 10. The unit 10 has access to a motor characteristics field, in which characteristic values of the operating parameters and the associated operating load are stored. The motor characteristic field includes other data concerning the control times, which depend on
l'instant de fonctionnement, des soupapes de changement de charge. the instant of operation, load change valves.
Si l'unité de commande 10 détermine, sur la base des paramètres de fonctionnement introduits, la présence d'exigences de charges plus faibles, elle produit des instructions de réglage d'ouverture pour la soupape de circulation d'air 16, ces instructions étant envoyées à cette soupape par l'intermédiaire d'une ligne de commande 12. Dans le fonctionnement avec recirculation d'air, la soupape de recirculation d'air 16 est amenée au moyen de la ligne de commande 12 dans la position qui libère le by-pass 6. Le limiteur 5 de la pression de suralimentation est maintenu fermé dans une large mesure pendant le fonctionnement avec recirculation d'air de sorte que la turbine 3 est entraînée par le courant de gaz d'échappement. Le compresseur 4 tourne conjointement, sans charge, sans produire une pression de suralimentation dans la tubulure d'admission 8. Si la charge de fonctionnement du moteur à combustion interne varie dans les limites de la charge partielle, la soupape de recirculation d'air reste dans la position de recirculation d'air. Ceci garantit qu'aucune pression de suralimentation n'est If the control unit 10 determines, on the basis of the operating parameters entered, the presence of lower load requirements, it produces opening adjustment instructions for the air circulation valve 16, these instructions being sent to this valve via a control line 12. In operation with air recirculation, the air recirculation valve 16 is brought by means of the control line 12 to the position which releases the by -pass 6. The limiter 5 of the boost pressure is kept closed to a large extent during operation with air recirculation so that the turbine 3 is driven by the current of exhaust gas. The compressor 4 rotates jointly, without load, without producing a boost pressure in the intake manifold 8. If the operating load of the internal combustion engine varies within the limits of the partial load, the air recirculation valve remains in the air recirculation position. This ensures that there is no boost pressure
établie, c'est-à-dire qu'il règne des conditions d'aspiration atmosphérique. established, that is, there are atmospheric suction conditions.
Étant donné que les temps de commande, qui sont appliqués dans le champ de caractéristiques du moteur, des soupapes de changement de charge d'un point de fonctionnement sous charge partielle correspondent à une quantité d'air aspirée de façon précise dans des conditions atmosphériques, la densité de l'air ne peut pas varier. Mais si à partir d'une charge partielle, la charge de fonctionnement du moteur augmente brusquement pour passer à la pleine charge, la soupape de circulation d'air 16 est commutée de manière à permettre l'établissement de la pression de suralimentation par le compresseur. Le compresseur 4 est déjà situé dans le mode de circulation à l'instant de commutation de sorte que le turbocompresseur 2 répond immédiatement à un accroissement de la charge et que la pression de suralimentation nécessaire est disponible instantanément. En dehors de la commutation de la soupape de recirculation d'air et du blocage, qui y est associé, du by-pass du compresseur, le limiteur 5 de la pression de suralimentation, qui est éventuellement légèrement ouvert, se ferme de Since the control times, which are applied in the engine specification field, load change valves at an operating point under partial load correspond to a quantity of air drawn in precisely under atmospheric conditions, the air density cannot vary. But if from a partial load, the operating load of the engine increases suddenly to reach full load, the air circulation valve 16 is switched so as to allow the establishment of the boost pressure by the compressor . The compressor 4 is already located in the circulation mode at the switching instant so that the turbocharger 2 responds immediately to an increase in the load and that the necessary boost pressure is available instantly. In addition to switching the air recirculation valve and the associated blockage of the compressor bypass, the boost pressure relief valve 5, which is possibly slightly open, closes by
manière à favoriser l'établissement de la pression de suralimentation. so as to favor the establishment of the boost pressure.
Un dispositif 11 de mesure de la vitesse de rotation est associé au turbocompresseur 2. Une ligne 14 de transmission de signaux de A device 11 for measuring the speed of rotation is associated with the turbocharger 2. A line 14 for transmitting signals
l'appareil 1 de mesure de la vitesse de rotation du rotor du dispositif de sur- the device 1 for measuring the rotational speed of the rotor of the surge device
alimentation est reliée au côté entrée de l'unité de commande 10. Dans le fonctionnement avec recirculation d'air, alors que le by-pass 6 du compresseur est ouvert, I'unité de commande 10 contrôle la vitesse de rotation nATL du dispositif de suralimentation, une vitesse de rotation maximale du dispositif de suralimentation étant prédéterminée en tant que valeur caractéristique pour l'ouverture de la soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation. Lorsque la vitesse de rotation limite est atteinte, I'unité de commande 10 déclenche l'ouverture du limiteur 5 de la pression de suralimentation et envoie les instructions de commande power supply is connected to the input side of the control unit 10. In operation with air recirculation, while the compressor bypass 6 is open, the control unit 10 controls the rotation speed nATL of the supercharging, a maximum speed of rotation of the supercharging device being predetermined as a characteristic value for the opening of the valve 15 of the supercharging pressure limiter. When the limit speed is reached, the control unit 10 triggers the opening of the boost pressure limiter 5 and sends the control instructions
correspondantes à la soupape 15 du limiteur de la pression de sur-- corresponding to the relief pressure relief valve 15--
alimentation, par l'intermédiaire d'une ligne 13 de transmission de signaux de réglage. Étant donné que le limiteur 5 de la pression de suralimentation est ouvert, les gaz d'échappement contournent la turbine 3 de sorte que power supply, via a line 13 for transmitting adjustment signals. Since the boost pressure limiter 5 is open, the exhaust gases bypass the turbine 3 so that
sans entraînement supplémentaire, la vitesse de rotation du turbo- without additional drive, the rotation speed of the turbo-
compresseur tournant sans charge ne peut plus continuer à augmenter. La vitesse de rotation limite, qui est prédéterminée pour l'unité de commande pour l'ouverture du limiteur 5 de la pression de suralimentation, peut être déterminée par avance et peut être optimisée en tenant compte des caractéristiques spécifiques du turbocompresseur 2 respectivement utilisé, par exemple les recommandations de vitesse de rotation du fabricant ou du comportement spécifique de l'écoulement traversant de la turbine 3 et du compresseur 4. L'unité de commande commande, par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de signaux de réglage, un dispositif d'entraînement de réglage, non représenté ici, de la soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation, règle de façon précise la section transversale de passage de la soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation, c'est-à-dire du by-pass 5. Dans le fonctionnement avec suralimentation du moteur à combustion interne alors que le by-pass 6 du compresseur est fermé, on obtient une régulation de la pression de suralimentation, la soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation formant l'organe de réglage du système de régulation de la pression de suralimentation. L'unité de commande 10 comprend un régulateur, auquel est envoyée la valeur réelle compressor running without load can no longer continue to increase. The limit rotational speed, which is predetermined for the control unit for opening the boost pressure limiter 5, can be determined in advance and can be optimized taking into account the specific characteristics of the turbocharger 2 respectively used, by example the manufacturer's speed recommendations or the specific behavior of the flow through the turbine 3 and the compressor 4. The control unit controls, via a transmission line of adjustment signals, a adjusting drive device, not shown here, for the boost pressure relief valve 15, precisely regulates the flow cross section of the boost pressure relief valve 15, i.e. say by-pass 5. In operation with supercharging of the internal combustion engine while the by-pass 6 of the compressor is closed, we obtain a r -regulation of the supercharging pressure, the valve 15 of the limiter of the supercharging pressure forming the control system member for adjusting the supercharging pressure. The control unit 10 includes a regulator, to which the actual value is sent
de la pression de suralimentation PL. boost pressure PL.
La pression de suralimentation PL est mesurée à l'aide d'un The boost pressure PL is measured using a
capteur de pression correspondant situé dans la tubulure d'admission 8. corresponding pressure sensor located in the intake manifold 8.
Dans le fonctionnement avec recirculation d'air avec une charge de fonctionnement plus faible du moteur à combustion interne, la régulation de la pression de suralimentation est débranchée et la soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation est maintenu dans une position, qui réduit la section transversale de circulation dans la soupape 15 du limiteur de la In recirculating air operation with a lower operating load of the internal combustion engine, the boost pressure control is disconnected and the boost pressure relief valve 15 is kept in a position, which reduces the cross section of circulation in valve 15 of the flow limiter
pression de suralimentation, ou dans la position de fermeture complète. boost pressure, or in the fully closed position.
Dans la mesure o l'unité de commande 10 détermine sur la base des paramètres de fonctionnement introduit n, Md, aD, ZZP, le fait que le point de charge est atteint, pour lequel le fonctionnement de suralimentation est prévu, le by-pass 6 du compresseur est tout d'abord fermé, puis aussitôt après le système de la pression de suralimentation, c'est-à-dire la possibilité de réglage variable de la soupape 15 du limiteur de la pression de suralimentation, est activé pour l'évacuationdes gaz d'échappement par Insofar as the control unit 10 determines on the basis of the operating parameters introduced n, Md, aD, ZZP, the fact that the charge point is reached, for which the boost operation is provided, the bypass 6 of the compressor is first closed, then immediately after the boost pressure system, i.e. the possibility of variable adjustment of the valve 15 of the boost pressure limiter, is activated for the exhaust gas evacuation by
l'intermédiaire du by-pass 5 du limiteur de la pression de suralimentation. via bypass 5 of the boost pressure limiter.
L'activation du système de régulation de la pression de suralimentation s'effectue en fonction de la vitesse de rotation nATL du dispositif de suralimentation. Dans le cas de commandes de charge sans étranglement, par exemple au moyen de l'utilisation d'un dispositif d'entraînement variable de soupapes avec des sections transversales variables d'ouverture des soupapes, des rapports de pression constants sont obtenus, dans le cas d'une charge partielle, sans établissement de la pression de suralimentation, de manière à permettre la représentation de remplissage reproductible des The boost pressure regulation system is activated according to the speed nATL of the boost device. In the case of load control without throttling, for example by means of the use of a variable valve drive with variable cross-sections of valve opening, constant pressure ratios are obtained, in the case of a partial charge, without establishing the boost pressure, so as to allow the reproducible filling representation of the
cylindres.cylinders.
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